(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉体内でシリコン原料を溶融してシリコン融液とした後、シリコン単結晶を引上げるチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、
前記シリコン原料の溶融後、前記シリコン単結晶の引上げ開始前に、前記シリコン単結晶の引上げ時よりもヒータ出力を高くかつ炉内圧を低く３０Ｔｏｒｒ以下として一定時間保持した後、前記シリコン単結晶の引上げを行うことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記一定時間は、０．５分以上６０分以下であることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記シリコン単結晶の引上げ時の炉内圧は、１００Ｔｏｒr以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という）によるシリコン単結晶の製造方法に関し、特に、シリコン単結晶中のピンホールの発生を抑制することができるシリコン単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン単結晶の引上げ時において、シリコン融液中に存在する気泡がシリコン単結晶中に取り込まれやすくなり、ピンホールという欠陥が発生しやすいという問題がある。
【０００３】
このような問題に対して、多結晶シリコン原料を５〜６０ｍｂａｒの炉内圧で溶融し、１００ｍｂａｒ以上の炉内圧でシリコン単結晶の引上げを行う方法（例えば、特許文献１）、多結晶シリコン原料を６５〜４００ｍｂａｒの炉内圧力で溶解し、そのシリコン融液からの単結晶引上げを、溶解時の炉内圧力より低く、且つ９５ｍｂａｒ以下の炉内圧力で行う方法（例えば、特許文献２）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−９０９７号公報
【特許文献２】特開２０００−１６９２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は、溶融中の炉内圧を５〜６０ｍｂａｒの減圧下で行うことでピンホール不良の発生率を減少させるものであるが、本方法ではシリコン単結晶の引上げ時に新たに気泡が発生する可能性があり、シリコン単結晶中のピンホールの発生を抑制するには限界があるものであった。
【０００６】
また、特許文献２に記載の方法は、単結晶引上げ時では、炉内圧を溶解時の炉内圧より下げ、且つ９５ｍｂａｒ以下に制限することで、ピンホールの発生を抑制させるものであるが、単結晶引上げ時において溶融時よりも炉内圧を下げる場合には、シリコン融液中に新たに気泡が発生する可能性があるため、シリコン単結晶中のピンホールの発生を抑制するには限界があるものであった。
【０００７】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、シリコン単結晶中のピンホールの発生を大きく抑制することができるシリコン単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るシリコン単結晶の製造方法は、炉体内でシリコン原料を溶融してシリコン融液とした後、シリコン単結晶を引上げるチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法であって、前記シリコン原料の溶融後、前記シリコン単結晶の引上げ開始前に、前記シリコン単結晶の引上げ時よりもヒータ出力を高くかつ炉内圧を低く３０Ｔｏｒｒ以下として一定時間保持した後、前記シリコン単結晶の引上げを行うことを特徴とする。
【０００９】
前記一定時間は、０．５分以上６０分以下であることが好ましい。
【００１０】
前記シリコン単結晶の引上げ時の炉内圧は、１００Ｔｏｒr以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シリコン単結晶中のピンホールの発生を大きく抑制することができるシリコン単結晶の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係わるシリコン単結晶の製造方法に用いられるシリコン単結晶引上装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係わるシリコン単結晶の製造方法のヒータ出力及び炉内圧制御の一態様を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係わるシリコン単結晶の製造方法について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係わるシリコン単結晶の製造方法に用いられるシリコン単結晶引上装置の一例を示す概略構成図である。
【００１４】
本発明に係わるシリコン単結晶の製造方法に用いられるシリコン単結晶引上装置１０は、図１に示すように、炉体１２と、炉体１２内に配置され、シリコン原料（主に、ポリシリコン）を保持するルツボ１４と、ルツボ１４の外周囲に設けられ、ルツボ１４を加熱し、ルツボ１４内に保持されたシリコン原料を溶融してシリコン融液１６とするヒータ１８と、シリコン融液１６の上方に配置され、ＣＺ法によりシリコン融液１６から引上げたシリコン単結晶Ｉｇへの輻射熱を遮断する円筒形状の熱遮蔽体２０とを備える。
【００１５】
ルツボ１４は、シリコン融液１６を保持する石英ルツボ１４ａと、石英ルツボ１４ａを収容するカーボンルツボ１４ｂとで構成されている。
【００１６】
ヒータ１８の外周囲には第１保温部材２２が設けられ、第１保温部材２２の上部には、ヒータ１８と一定の間隔を有して第２保温部材２４が設けられている。
【００１７】
熱遮蔽体２０の上方には、熱遮蔽体２０の内周側、熱遮蔽体２０とシリコン融液１６との間を通って、ルツボ１４の下方に位置する排出口２６から炉体１２外に排出されるキャリアガスＧ１を供給するキャリアガス供給口２８が設けられている。
【００１８】
炉体１２内には、シリコン単結晶Ｉｇを育成するために用いられる種結晶５０を保持するシードチャック３２が取り付けられた引上用ワイヤ３４が、ルツボ１４の上方に設けられている。引上用ワイヤ３４は、炉体１２外に設けられた回転昇降自在なワイヤ回転昇降機構３６に取り付けられている。
【００１９】
ルツボ１４は、炉体１２の底部を貫通し、炉体１２外に設けられたルツボ回転昇降機構３８によって回転昇降可能なルツボ回転軸４０に取付けられている。
【００２０】
熱遮蔽体２０は、第２保温部材２４の上面に取付けられた熱遮蔽体支持部材４２を介してルツボ１４の上方に保持されている。
【００２１】
キャリアガス供給口２８には、バタフライ弁４３を介して、炉体１２内にキャリアガスＧ１を供給するキャリアガス供給部４４が接続されている。排出口２６には、バタフライ弁４６を介して、熱遮蔽体２０の内周側、熱遮蔽体２０とシリコン融液１６との間を通ったキャリアガスＧ１を排出するキャリアガス排出部４８が接続されている。バタフライ弁４３を調整することで炉体１２内に供給するキャリアガスＧ１の供給量を、バタフライ弁４６を調整することで炉体１２内から排出する排出ガス（キャリアガスＧ１及びシリコン融液１６から発生したＳｉＯｘガス等も含む）の排出量をそれぞれ制御する。
【００２２】
次に、本発明に係わるシリコン単結晶の製造方法を説明する。
本発明に係わるシリコン単結晶の製造方法は、図１に示すようなシリコン単結晶引上装置１０を用いて、炉体１２内でシリコン原料を溶融してシリコン融液１６とする段階（Ｓ１００）と、シリコン単結晶Ｉｇを引上げる段階（Ｓ２００）とを備える。
シリコン単結晶Ｉｇを引上げる段階（Ｓ２００）では、シードチャック３２に保持された種結晶５０を、シリコン融液１６に接触させた後、ネック部５５を形成する段階（Ｓ２０１）と、ネック部５５を所望の結晶径まで拡径してクラウン部Ｉｇ１を形成する段階（Ｓ２０２）と、前記所望の結晶径に制御して直胴部Ｉｇ２を形成する段階（Ｓ２０３）と、前記所望の結晶径から縮径してテール部Ｉｇ３を形成する段階（Ｓ２０４）と、を備える。
【００２３】
本発明に係わるシリコン単結晶の製造方法は、上述した段階において、シリコン原料の溶融後（Ｓ１００後）、前記シリコン単結晶の引上げ開始前（Ｓ２００前）に、前記シリコン単結晶の引上げ時よりもヒータ出力を高くかつ炉内圧を低くして一定時間保持する段階（Ｓ３００）を備え、段階Ｓ３００を行った後、前記シリコン単結晶の引上げを行うことを特徴とする。
具体的には、図２に示すようなヒータ出力及び炉内圧制御を行う。
【００２４】
シリコン単結晶中のピンホールの発生原因について、本発明者は以下のように考察する。
シリコン原料の溶融時において、石英ルツボの内壁に存在するキャビティ（傷）にキャリアガス（主にＡｒガス）が気泡として残存し、シリコン原料の溶融後においては、当該気泡とシリコン融液と石英ルツボの境界である三重点では、ＳｉＯ２（Ｓ）→２Ｏｓｉ＋Ｓｉ（Ｌ）及びＳｉ（Ｌ）＋Ｏｓｉ→ＳｉＯ（Ｇ）の反応（Ｓ：固体、Ｌ：液体、Ｇ：気体、Ｏｓｉ：シリコン融液中に溶けている酸素）が起こり、この発生したＳｉＯにより前記気泡が膨張する。その後、膨張した気泡はある臨界直径以上になると、石英ルツボの接触角と浮力とのバランスが崩れ、石英ルツボの内壁から離脱する。この離脱した気泡がシリコン単結晶中に取り込まれるため、ピンホールが発生するものと考えられる。
【００２５】
従って、シリコン原料の溶融後（Ｓ１００後）、シリコン単結晶の引上げ開始前（Ｓ２００前）に、シリコン単結晶の引上げ時よりも石英ルツボの内壁面の温度を高くして、かつ、前記シリコン単結晶の引上げ時よりも炉内圧を減圧させることで、前記気泡を膨張させてキャビティ内から離脱させる。これによってキャビティ内は、シリコン融液で満たされることになるため、石英ルツボの溶解により発生するＳｉＯは、シリコン融液中に直接溶け込み拡散するため、前述したような気泡は発生せず、シリコン単結晶の引上げ時において、シリコン単結晶中のピンホールの発生を大きく抑制することができると考えられる。
【００２６】
なお、石英ルツボの内壁にキャビティが存在する原因としては、もともと石英ルツボの内壁の表層に存在する泡が表面に露出した開放気孔や、シリコン原料を石英ルツボ内に充填する際に発生した引っかき傷や、シリコン原料を溶融する途中で石英ルツボの粘性が下がり、シリコン原料が石英ルツボの内壁に食い込むことによって発生した傷等が考えられる。本発明はこのような石英ルツボの内壁にキャビティが存在していた場合でも効率的にピンホールの発生を抑制することができる点においても大きい効果を有する。
【００２７】
シリコン単結晶の引上げ時よりも石英ルツボの内壁面の温度を高くするためには、シリコン単結晶の引上げ時よりもヒータ出力を高くすることで行うことができる。また、シリコン単結晶の引上げ時よりも炉内圧を減圧させることも周知の方法で行うことができる。例えば、図１に示すようなシリコン単結晶引上装置１０を用いる場合には、バタフライ弁４３、４６によるキャリアガスの供給量の制御や、別途、炉体１２に取り付けた図示しない真空ポンプ等により制御することができる。
【００２８】
前記段階Ｓ３００において、シリコン単結晶の引上げ時（Ｓ２００時）よりもヒータ出力が同じか又は低い場合には、前述した気泡を膨張させる効果が低いため、シリコン単結晶中のピンホールの発生を大きく抑制することが難しい。
また、前記段階Ｓ３００において、シリコン単結晶の引上げ時（Ｓ２００時）よりも炉内圧が同じか又は高い場合には、前述した気泡を膨張させる効果が低いため、シリコン単結晶中のピンホールの発生を大きく抑制することが難しい。
【００２９】
前記一定時間保持する際の炉内圧は、３０Ｔｏｒｒ以下であることが好ましい。
前記炉内圧が３０Ｔｏｒｒを超える場合には、前述した気泡を膨張させる効果が低いため、シリコン単結晶中のピンホールの発生を大きく抑制することが難しい。
前記炉内圧の下限値は、装置構成上使用限界である１０Ｔｏｒｒ以上であることが好ましい。
【００３０】
前記シリコン原料の溶融後（Ｓ１００後）、シリコン単結晶の引上げ開始前（Ｓ２００前）に、前記シリコン単結晶の引上げ時よりも高くするヒータ出力は、前記シリコン単結晶の引上げ時のヒータ出力を１００とした場合に、１０１以上１２０以下、すなわち、段階Ｓ３００におけるヒータ出力は、前記シリコン単結晶の引上げ時のヒータ出力より１％以上２０％以下高くすることが好ましい。
前記ヒータ出力が１％未満である場合には、前述した気泡を膨張させる効果が低いため、シリコン単結晶中のピンホールの発生を大きく抑制することが難しい場合がある。前記ヒータ出力が２０％を超える場合には、前記シリコン単結晶の引上げ前においてシリコン融液からのＳｉＯの発生量が多くなり、シリコン単結晶引上装置内のホットゾーンとして使用しているカーボン部材へのＳｉＯ固定物の付着が激しくなるため、有転位化の原因となる場合があるため、好ましくない。
【００３１】
前記一定時間は、０．５分以上６０分以下であることが好ましい。
前記時間が０．５分未満である場合には、キャビティから気泡を除去する効果が十分に得られない場合があるため好ましくない。前記時間が６０分を超える場合には、シリコン単結晶引上装置内のホットゾーンとして使用しているカーボン部材へのＳｉＯ固定物の付着が激しくなるため、有転位化の原因となる場合があるため、好ましくない。
【００３２】
前記シリコン単結晶の引上げ時（Ｓ２００時）における炉内圧は、前記段階Ｓ３００時よりも大きく、かつ１００Ｔｏｒｒ以下であることが好ましい。
前記段階Ｓ３００時よりも炉内圧を大きくすることで、段階Ｓ３００時における気泡を膨張させる効果を停止若しくは低減させると共に、シリコン融液におけるガス成分の溶解度を高くすることができるため、気泡の発生を抑制することができ、シリコン単結晶中のピンホールの発生を大きく抑制することができる。
前記炉内圧が１００Ｔｏｒｒを越える場合には、炉内圧が高くなるため、炉体内の雰囲気ガスの整流が崩れるため、炉体１２内汚れが悪化し、シリコン単結晶における有転位化の原因となる場合があるため好ましくない。
前記シリコン単結晶の引上げ時（Ｓ２００時）における炉内圧の下限値は、４０Ｔｏｒｒ以上であることが好ましい。
このような炉内圧とすることで、確実に、ピンホールの発生を大きく抑制することができる。
【００３３】
前記段階Ｓ３００時において、前記段階Ｓ１００時よりも、シリコン融液１６を保持しているルツボ１４の回転数を大きくする（シリコン原料の溶融時においてルツボ１４を回転させていない場合は回転させる、シリコン原料の溶融時においてルツボ１４を回転させている場合は、その回転数を大きくさせる）ことが好ましい。
このような方法を用いることで、発生した気泡を効率的にシリコン融液中から取り除くことができるためより好ましい。
前記ルツボの回転数は、１０ｒｐｍ以上３０ｒｐｍ以下であることがより好ましい。
【００３４】
本発明に係わるシリコン単結晶の製造方法におけるヒータ出力及び炉内圧制御は、図２に示すような態様で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、段階Ｓ１００におけるヒータ出力や炉内圧を段階Ｓ３００よりも大きく、又は、小さくしても適用することができる。
【００３５】
また、前記シリコン単結晶Ｉｇを引上げる段階（Ｓ２００）では、テール部Ｉｇ３を形成する段階（Ｓ２０４）を含む態様にて説明したが、本発明はこれに限定されることがなく、段階（Ｓ２０４）を含まないテールレスのシリコン単結晶の製造方法においても適用することができる。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、下記実施例より限定解釈されるものではない。
【００３７】
（試験１）
図１に示すシリコン単結晶引上装置１０を用いて、シリコン原料３００ｋｇにて、Ｐ型、面方位＜１００＞の直径３１０ｍｍの直胴部Ｉｇ２を有するシリコン単結晶Ｉｇを製造した。
この際、図２に示すようなヒータ出力及び炉内圧制御により、シリコン原料の溶融後、シリコン単結晶の引上げ開始前（段階Ｓ３００）において、シリコン単結晶の引上げ時よりもヒータ出力を５％増加させて、かつ、炉内圧及びその維持時間を変化させてシリコン融液を保持した。その後、ヒータ出力を元に戻し、かつ、炉内圧を８０Ｔｏｒｒとして各条件１０本のシリコン単結晶を各々引上げた（実施例１から７、比較例１）。
【００３８】
また、段階Ｓ３００においてヒータ出力を増加させないで、シリコン単結晶引上げ時のヒータ出力と同じとしてその他は実施例７と同様な条件にて１０本のシリコン単結晶を引上げた（比較例２）。
得られたシリコン単結晶Ｉｇの直胴部Ｉｇ２を周知の方法にて加工してシリコンウェーハとした後、全数のピンホールを評価し、各条件におけるピンホールの発生率を評価した。本評価では、ウェーハ面内に１個でもピンホールの発生を確認した場合は不良とした。
また、当該シリコン単結晶の引上時におけるメルトバック発生率も同様に評価した。このメルトバック発生率はシリコン単結晶引上げ中、一度でもメルトバックを行った場合には、メルトバックが発生したとして、１０本のうちの発生率を評価した。
本試験における試験条件及び評価結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
0005480036.tif 000002
【００４０】
表１に示すように、段階Ｓ３００におけるヒータ温度をシリコン単結晶の引上げ時より高くして炉内圧を３０Ｔｏｒｒ以下とすることでピンホール発生率及びメルトバック発生率が共に低下することが認められた。なお、段階Ｓ３００における炉内圧（Ｔｏｒｒ）が３０Ｔｏｒｒを超える場合（比較例１）及び段階Ｓ３００においてヒータ出力を上げない場合（比較例２）においては、共に、ピンホール発生率及びメルトバック発生率が高いことが認められた。
【００４１】
（試験２）
図１に示すシリコン単結晶引上装置１０を用いて、シリコン原料３００ｋｇにて、Ｐ型、面方位＜１００＞の直径３１０ｍｍの直胴部Ｉｇ２を有するシリコン単結晶Ｉｇを製造した。
この際、図２に示すようなヒータ出力及び炉内圧制御により、シリコン原料の溶融後、シリコン単結晶の引上げ開始前（段階Ｓ３００）において、シリコン単結晶の引上げ時よりもヒータ出力を５％増加させて、かつ、炉内圧及びその維持時間を変化させてシリコン融液を保持した。その後、ヒータ出力を元に戻し、かつ、炉内圧を４０Ｔｏｒｒとして各条件１０本のシリコン単結晶を各々引上げた（実施例８から１４、比較例３）。
【００４２】
また、段階Ｓ３００においてヒータ出力を増加させないで、シリコン単結晶引上げ時のヒータ出力と同じとしてその他は実施例１４と同様な条件にて１０本のシリコン単結晶を引上げた（比較例４）。
得られたシリコン単結晶Ｉｇの直胴部Ｉｇ２を周知の方法にて加工してシリコンウェーハとした後、全数のピンホールを評価し、各条件におけるピンホールの発生率を評価した。本評価では、ウェーハ面内に１個でもピンホールの発生を確認した場合は不良とした。
また、当該シリコン単結晶の引上時におけるメルトバック発生率も同様に評価した。このメルトバック発生率はシリコン単結晶引上げ中、一度でもメルトバックを行った場合には、メルトバックが発生したとして、１０本のうちの発生率を評価した。
本試験における試験条件及び評価結果を表２に示す。
【００４３】
【表２】
0005480036.tif 000003
【００４４】
表２に示すように、試験１と同様に、段階Ｓ３００におけるヒータ温度をシリコン単結晶の引上げ時より高くして炉内圧を３０Ｔｏｒｒ以下とすることでピンホール発生率及びメルトバック発生率が共に低下することが認められた。なお、段階Ｓ３００における炉内圧（Ｔｏｒｒ）が３０Ｔｏｒｒを超える場合（比較例３）及び段階Ｓ３００においてヒータ出力を上げない場合（比較例４）においては、共に、ピンホール発生率及びメルトバック発生率が高いことが認められた。
【符号の説明】
【００４５】
１０  シリコン単結晶引上装置
１２  炉体
１４  ルツボ
１６  シリコン融液
１８  ヒータ
２０  熱遮蔽体
２２  第１保温部材
２４  第２保温部材
２６  排出口
２８  キャリアガス供給口
３２  シードチャック
３４  引上用ワイヤ
３６  ワイヤ回転昇降機構
３８  ルツボ回転昇降機構
４０  ルツボ回転軸
４２  熱遮蔽体支持部材
４３  バタフライ弁
４４  キャリアガス供給部
４６  バタフライ弁
４８  キャリアガス排出部
５０  種結晶
５５  ネック部
Ｉｇ  シリコン単結晶
Ｇ１  キャリアガス
【図１】
0005480036.tif 000004
【図２】
0005480036.tif 000005